Volgens diverse marktonderzoeken staat 3D-machine vision aan de vooravond van een aanzienlijke en langdurige groeifase. Dit is geen verrassing. In de hedendaagse maakindustrie en logistieke sector bestaat een groeiende behoefte aan nauwkeurige, data gedreven inzichten. Dit is precies het domein waarin 3D-sensoren en geavanceerde software-algoritmen uitblinken. In industriële omgevingen groeit bovendien de vraag naar 3D-capaciteiten voor toepassingen als vision-guided robotics (VGR), waarbij robots zelfstandig kunnen navigeren, meten en handelen op basis van visuele input.
65% van de leiders in de logistieksector is van plan om in de komende 1 tot 5 jaar machine vision-oplossingen en mobiele sensoren op vorkheftrucks en robots te implementeren. Dit willen ze doen om te kunnen voldoen aan de vulpercentages, om orders voor te bereiden en om de nauwkeurigheid van orders en uitgaande processen te verbeteren.
In de maakindustrie zien we diverse praktijkvoorbeelden van bedrijven die 3D-oplossingen toepassen om beter inzicht te krijgen in hun activa en inspectie- en sorteerprocessen op intelligente wijze te automatiseren:
- Fabrikanten van visproducten realiseren met behulp van 3D-profiel sensoren een visuele inspectie graad van bijna 100% nauwkeurigheid. In één toepassing verwerkt een 3D-machine vision-systeem tot 20 ton bevroren tonijn per uur, gesorteerd op soort, formaat en kwaliteit.
- Autofabrikanten verminderden het aantal defecten in hun kwaliteitscontroleprocessen met 10-15% dankzij een oplossing gebaseerd op dual-camera hardware, een laser 3D-sensor en AI-software van een tech-partner. Het vision-systeem scant auto-onderdelen zoals portieren, legt duizenden datapunten vast en zet deze om in gedetailleerde puntenwolken en dieptekaarten voor defect detectie.
Binnen de wereld van 3D-beeldvorming bestaan verschillende technieken; elk met hun eigen sterke punten en specifieke toepassingsgebieden voor uiteenlopende industriële uitdagingen. Hoewel elke methode unieke voordelen biedt, gaan ze ook gepaard met inherente beperkingen die bepalend zijn voor hun inzetbaarheid. In dit kader richt ik me op drie belangrijke detectie benaderingen: lasertriangulatie, gestructureerd licht en parallel licht.
Lasertriangulatie
Lasertriangulatie biedt uitzonderlijke nauwkeurigheid en betrouwbaarheid voor industriële 3D-scans. Het principe berust op het projecteren van een laserlijn op een object, terwijl een camera de geometrie van het gereflecteerde licht analyseert om de diepte te bepalen. De kromming van de laserlijn volgt de contouren van het object, en een beeldsensor registreert deze variaties als een reeks profielen terwijl het object door het gezichtsveld (FoV) van de sensor beweegt.
Door deze profielen te analyseren, genereert het systeem verschillende soorten 3D-data, zoals profielen, dieptekaarten en puntenwolken. Deze techniek is bijzonder effectief in toepassingen die zowel hoge snelheid als hoge precisie vereisen; bijvoorbeeld bij kwaliteitsinspecties en defect detectie op transportbanden.
Het vermogen van lasertriangulatie om dichte 3D-puntenwolken te produceren maakt de methode ideaal voor dimensionale metingen en complexe geometrische profilering. Sectoren zoals de productie van medische apparatuur en de elektronica-assemblage maken gebruik van deze technologie om kleine precisieonderdelen te inspecteren en nauwe toleranties te waarborgen.
Daarnaast kunnen stilstaande objecten worden gescand door de profiler over het oppervlak te bewege. Dit maakt wat een gedetailleerde analyse van grotere of statische objecten mogelijk maakt. Recente innovaties binnen lasertriangulatietechnologie hebben belangrijke uitdagingen, zoals optische occlusies en datanauwkeurigheid, succesvol aangepakt.
Ontwerpen met twee camera’s en één laser verbeteren de scanafdekking door gegevenshiaten te minimaliseren en bieden tegelijkertijd meer operationele flexibiliteit. Afhankelijk van de toepassing kunnen deze systemen synchroon werken om de beeldkwaliteit te optimaliseren, of afwisselend om de scansnelheid te verdubbelen.
Gestructureerd licht
Gestructureerde 3D-beeldvorming met licht lijkt veel op lasertriangulatie. Meestal worden één of twee camera’s onder een hoek ten opzichte van een lichtbron geplaatst. Deze camera’s registreren de vervormingen in een geprojecteerd lichtpatroon die ontstaan door de variaties in de oppervlakte topologie van het object dat wordt gescand.
Bij deze techniek wordt een LED- of laserlichtbron gebruikt om patronen, zoals stippen, lijnen of meer complexe gecodeerde structuren, op het oppervlak van het doelobject te projecteren. Wanneer het object het patroon vervormt, leggen de camera’s beelden vast van deze vervormingen. Vervolgens reconstrueren algoritmen de driedimensionale geometrie van het objectoppervlak op basis van deze data.
Gestructureerd licht staat bekend om zijn hoge resolutie en nauwkeurigheid, vooral bij toepassingen op korte afstand waar het vastleggen van fijne details cruciaal is. Daarom wordt de technologie veel gebruikt in kwaliteitscontrole, bijvoorbeeld om defecten op complexe oppervlakken te detecteren of kleine componenten te meten met een nauwkeurigheid tot onder de millimeter.
Een beperking van traditionele gestructureerde-lichtsystemen is hun gevoeligheid voor bewegingsartefacten: wanneer het object beweegt tijdens het scannen, kan de reconstructie onnauwkeurig worden. Hierdoor zijn deze systemen minder geschikt voor snelle workflows waarin zowel precisie als doorvoersnelheid belangrijk zijn.
Parallel gestructureerd licht
Recente vooruitgang in gestructureerde-lichttechnologie – zoals het gebruik van parallel gestructureerd licht – heeft veel van de beperkingen van traditionele systemen aangepakt. Deze benadering maakt het mogelijk om nauwkeurige 3D-beeldvorming van bewegende objecten uit te voeren, zonder dat bewegingsartefacten optreden.
Parallel gestructureerde lichtsystemen maken gebruik van gespecialiseerde sensoren, zoals complementaire metaaloxidehalfgeleider (CMOS) mozaïeksensoren, om dynamische objecten in één keer met hoge resolutie vast te leggen. Deze systemen bieden ook een groot bereik en gezichtsveld, waardoor zowel kleine als grote objecten veelzijdig kunnen worden gescand.
Toepassingen voor gestructureerde lichttechnologie zijn te vinden in verschillende sectoren:
- Automotive-industrie: voor spleet- en vlakheid inspecties en het detecteren van defecten in matrijs- of stansdelen.
- Productie: voor kwaliteitscontrole van kleine, fijn bewerkte componenten, zoals medische instrumenten en elektronische assemblages.
- Logistiek: voor het palletiseren en meten van artikelen met uiteenlopende afmetingen, wat efficiënte materiaalverwerking en logistieke afhandeling ondersteunt.
- Robotica en automatisering: ter ondersteuning van collaboratieve taken, zoals het aansturen van robotarmen bij pick-and-place-bewerkingen of het inspecteren van bewegende objecten op transportbanden.
Dit is een ingezonden bijdrage van Zebra Technologies. Via deze link vind je meer informatie over de mogelijkheden van het bedrijf.